وارنیش در روغن به لایهای نازک، چسبناک و معمولاً سخت گفته میشود که در نتیجه تخریب روغن در ماشینآلات و سیستمهای روانکاری تشکیل میشود. این لایه معمولاً از محصولات جانبی نامحلول مانند هیدروکربنهای اکسیدشده، افزودنیهای تخریبشده و آلایندهها تشکیل میشود که باگذشت زمان تجمع مییابند. وارنیش بهصورت یکلایه براق یا شبیه به لاک ظاهر میشود که رنگ آن از زرد تا قهوهای تیره متغیر است و تمایل دارد روی سطوح فلزی، شیرآلات، فیلترها و سایر اجزای سیستم رسوب کند. این پدیده بهویژه در محیطهایی با دمای بالا، فشار زیاد یا شرایط عملیاتی سنگین که روغن تحتفشارهای اکسیداتیو و حرارتی بیشتری قرار میگیرد، شایع است.
وجود وارنیش در روغن میتواند عملکرد و قابلیت اطمینان ماشینآلات را بهشدت تحتتأثیر قرار دهد. این لایه باعث گرفتگی فیلترها، کاهش کارایی سیستم و مشکلاتی مانند حرکت ناپایدار در اجزای هیدرولیکی میشود. علاوه بر این، وارنیش باعث افزایش سایش قطعات متحرک و دمای بالاتر عملکرد به دلیل خاصیت عایق بودن آن میشود. برای مقابله با تشکیل وارنیش، ترکیبی از تحلیلهای منظم روغن، کنترل دما و استفاده از تکنیکهای پیشرفته فیلتراسیون به کار گرفته میشود تا تمیزی سیستم حفظ شده و عمر روغن و تجهیزات افزایش یابد.
در سیستمهای هیدرولیک، حفظ پاکیزگی سیال از اهمیت بالایی برخوردار است، چرا که آلودگیها میتوانند عملکرد تجهیزات را مختل کنند. یکی از مشکلات شایع در این سیستمها، تشکیل وارنیش (Varnish) یا لایهنازکی از مواد اکسیدشده و پلیمریزه شده روغن است که بهمرورزمان بر روی سطوح داخلی تجهیزات، از جمله سوپاپها، فیلترها و پمپها رسوب میکند. این لایه نهتنها موجب کاهش راندمان و افزایش سایش قطعات میشود، بلکه ممکن است منجر به و خرابیهای زودهنگام روغنهای مصرفی شود؛ بنابراین، شناخت علل تشکیل وارنیش و تأثیر آن بر عملکرد سیستمهای هیدرولیک، نقش مهمی در افزایش طول عمر تجهیزات و بهبود بهرهوری ایفا میکند.
وارنیش، یک رسوب نازک، سخت، براق و غیرقابلحل در روغن است که عمدتاً از بقایای آلی حاصل از تخریب روغن روانکار تشکیل میشود. این آلودگی معمولاً شامل ذرات بسیار ریز (کمتر از ۱ میکرون) است که توسط شمارندههای ذرات سنتی قابل شناسایی نیستند. از نظر شیمیایی، وارنیش ترکیبی از آلایندههای محلول و نامحلول در روغن است که به مرور زمان به سطوح فلزی میچسبد و با به دام انداختن ذرات جامد مانند گرد و خاک و ذرات سایش، موجب ایجاد سایش ثانویه یا تسریع فرآیندهای تخریبی مانند اکسیداسیون میشود . در روغنهای پایه معدنی که ماهیتی غیرقطبی دارند، پیشسازهای قطبیتر وارنیش معمولاً حلالیت پایینی دارند و در صورت افزایش غلظت، به صورت رسوب جامد ظاهر میشوند.روغنهای روانکار ظرفیت محدودی برای حل کردن ترکیباتی مانند افزودنیها، آلودگیها و محصولات جانبی تخریب دارند. با گذشت زمان و افزایش تخریب روغن، محصولات اکسیداسیون در آن تجمع مییابند و حلالیت سیال کاهش مییابد. زمانی که این سیال به نقطه اشباع میرسد، دیگر نمیتواند ترکیبات جدید را در خود حل کند و در نتیجه، وارنیش به صورت رسوبی جامد در سامانه باقی میماند.
در سیستمهای روانکاری، رسوبات لاک یا وارنیش به دو دستة اصلی تقسیم میشوند: رسوبات سرد (Cold Varnish) و رسوبات داغ یا تنش برشی (Hot Varnish) این دو نوع رسوب نهتنها از نظر مکانیزم تشکیل، بلکه از نظر ترکیب شیمیایی و مکانهای تشکیل در سیستم نیز تفاوتهای مهمی دارند. در ادامه هر دو نوع توضیح داده میشود:
رسوبات سرد (Cold Varnish)
این نوع رسوبات عمدتاً ناشی از تخریب اکسیداتیو روغن هستند. فرایند اکسیداسیون زمانی رخ میدهد که مولکولهای روغن با اکسیژن واکنش داده و محصولات جانبی قطبی مانند آلدهیدها و کتونها تولید میکنند. در ابتدا این محصولات در روغن محلول هستند، اما باگذشت زمان و تحت شرایط خاص مانند افزایش دما یا فشار، این ترکیبات میتوانند تجمعیافته و به ساختارهای مولکولی بزرگتری تبدیل شوند که حلالیت کمتری در روغن دارند. در نقاطی از سیستم مانند یاتاقانها که روغن فشرده میشود، غلظت این محصولات افزایش مییابد و پدیدهای به نام پیوند عرضی (Cross-linking) بین مولکولها رخ میدهد. این امر موجب کاهش بیشتر حلالیت و در نهایت تشکیل رسوبات چسبناک و لعاب مانند روی سطوح فلزی میشود. این نوع رسوبات معمولاً به رنگ قهوهای یا زرد روشن بوده و بهسختی با فیلترهای مکانیکی جدا میشوند.
رسوبات داغ یا تنش برشی (Hot Varnish / Shear Stress Deposits)
این نوع رسوبات از تخریب روغن تحت شرایط تنش مکانیکی شدید ناشی میشوند. در توربوماشینها یا تجهیزات با سرعت و بار بالا، نیروهای برشی بالا باعث میشوند که انرژی مکانیکی به گرمای موضعی بسیار زیاد تبدیل شود. این گرما در نواحی خاصی مانند نواحی با حداقل ضخامت فیلم روغن (boundary layer) متمرکز شده و ممکن است دما را تا چند صددرجه سانتیگراد افزایش دهد. در این دماهای بالا، تخریب فوری مولکولهای روغن رخ میدهد که منجر به تولید اسیدهای چرب با محلولیت کم و سایر محصولات با ساختارهای متفاوت از اکسیداسیون معمول میشود. برخلاف رسوبات سرد، این رسوبات ناحیهایتر و موضعیتر هستند و غالباً در نقاط تماس با فشار بالا و اصطکاک شدید مشاهده میشوند.
همچنین، پدیدهای به نام “اثر مورتون (Morton Effect)” که یکی از علل ناپایداریهای دینامیکی و ارتعاشی در توربوماشینهاست، به دلیل همین گرمایش موضعی و ناپیوسته در یاتاقانها ناشی از تنش برشی پدید میآید. این اثر به نوبه خود میتواند باعث آسیبهای بیشتر در سیستم روانکاری شود.
وارنیش در روغنها و سیستمهای هیدرولیک میتواند عواقب قابلتوجهی داشته باشد و بر عملکرد تجهیزات و راندمان عملیاتی تأثیرات منفی بگذارد. از جمله مواردی که در اثر ایجاد وارنیش در فرایندهای صنعتی میتواند ایجاد شود:
گرفتگی فیلترها: رسوبات وارنیش میتوانند در فیلترها جمع شوند و ظرفیت آنها برای جریان روغن و به دام انداختن آلایندهها کاهش یابد. این میتواند منجر به تعویض مکرر فیلتر و وقفه در فرایندهای عملیاتی شود.
ایجاد سایش در تجهیزات: کاهش کارایی روغنها در صورت وجود وارنیش باعث افزایش اصطکاک و ساییدگی قطعات میشود و طول عمر آنها را کوتاه میکند و منجر به تعویض مکرر آنها میشود.
کاهش راندمان انتقال حرارت: در سیستمهای خنککننده، مبدلهای حرارتی و روانکاری، رسوبات وارنیش بر روی سطوح مبدل حرارتی بهعنوان عایق عمل میکند و بازده انتقال حرارت را کاهش میدهد. این میتواند باعث گرمشدن بیش از حد و تخریب بیشتر روانکننده شود.
خرابی تجهیزات و اختلال در عملکرد سیستمها: وارنیش میتواند روی اجزای پمپ مانند پیستونها بنشیند و منجر به افزایش اصطکاک، سایش و در نهایت خرابی پمپ شود. وجود وارنیش همچنین میتواند منجر به کندشدن سیستمهای کنترلی و محدودیت و چسبندگی شیرهای سروو شود.
کاهش راندمان روغن: وارنیش خواص روانکنندهها را تغییر میدهد و توانایی آنها را برای بهحداقلرساندن اصطکاک و سایش کاهش میدهد. این میتواند منجر به تخریب سریع قطعات متحرک شود. همچنین تغییرات ویسکوزیته روغن میتواند به دلیل اکسیداسیون و آلودگی افزایش یا کاهش یابد.
افزایش هزینههای نگهداری: تمیزکردن مکرر، تعویض قطعات و خرابی ناشی از مسائل مربوط به وارنیش باعث افزایش هزینه تعمیر و نگهداری و کاهش قابلیت اطمینان تجهیزات میشود.
نکته مهم دیگری که در با رابطه وارنیشها قابلاهمیت است. جذب ذرات ساینده در داخل لایه وارنیش ایجاد شده روی سطوح است که همین امیر منجر به تشدید فرایند اکسیداسیون میشود و در نهایت، منجر به آسیب بیشتر به تجهیزات میگردد.
سیستمهای مکانیکی توربینهای گازی یکی از حساسترین بخشها در برابر تشکیل وارنیش هستند. در سالهای اخیر، با توجه به افزایش طول عمر روغنهای توربین و شرایط کاری پیچیدهتر، مشکلات ناشی از وارنیش به یک چالش اساسی در صنعت تولید انرژی تبدیل شده است. در واقع همه روغنهای توربین مواد وارنیش تولید میکنند، اما این میزان در شرایط عملیاتی شدید یا غیرمعمول بیشتر است.
توربینهای گازی که عمدتاً در نیروگاههای برق حرارتی به کار میروند، برای دستیابی به راندمان عملیاتی بالاتر، تحت طراحیهای جدیدی قرار گرفتهاند. این تغییرات باعث شده است تا توربینها در دمای بالاتری کار کنند و همین یکی از عواملی است که میتواند منجر به تسریع در پیری و تخریب زودرس روغنهای توربین شود. در نتیجه، روانکنندههای مورد استفاده باید توانایی عملکرد در این شرایط را داشته باشند. خرابی بلبرینگها، مسدودشدن فیلترهای روغن چسبندگی و عملکرد نادرست دریچه های کنترل از جمله عواقب ایجاد وارنیش در توربین های گازی است.
یکی از مهمترین عوامل تشکیل وارنیش، ترکیب و واکنشهای شیمیایی بین روغنهای مورد استفاده در یاتاقانها و سیستمهای کنترل توربین است. این فرایندها منجر به تجمع ذرات و تشکیل لایههای نازکی از وارنیش میشوند که میتوانند باعث بروز مشکلات متعددی شوند.
برای مقابله با این پدیده، طراحی بهینه سیستمهای روانکاری و استفاده از فیلترهای پیشرفته به همراه کنترل شرایط عملیاتی میتواند نقش مؤثری در کاهش تشکیل وارنیش و افزایش عمر مفید تجهیزات ایفا کند.
نکته مهم دررابطهبا وارنیش، نحوه ایجاد و مکانیزم تولید وارنیش در روانکنندههای صنعتی است. تشکیل این ماده در فرایندهای صنعتی عمدتاً شامل چند مرحله است که تحتتأثیر عوامل شیمیایی، فیزیکی و محیطی قرار میگیرد که در ادامه، این فرایندها شرح داده شده است:
۱-تخریب شیمیایی روغن(Oil degradation): در این مرحله برخی از عوامل همچون گرما، اکسیداسیون، و میکرودیزلینگ (پدیدههای مشابه احتراق محلی) باعث تخریب شیمیایی ترکیبات روانکنندهها میشوند. این فرآیند برگشتناپذیر است و منجر به تشکیل پیشسازهای محلول وارنیش میشود که به تدریج در روانکننده تجمع مییابند.
۴-تشکیل لایه بسیارسخت(varnish deposit): این ذرات به تدریج به صورت رسوبات چسبناک و سخت روی سطوح تهنشین میشوند که به آن وارنیش گفته میشود.
در شکل ۲ چرخه تشکیل وارنیش در سیتم های روغن آورده شده است. در واقع مکانیزم چندمرحلهای تولید وارنیش نشان میدهد که نظارت و نگهداری منظم سیستم برای جلوگیری از تجمع بیش از حد وارنیش در سیستم ها و کاهش خطرات عملیاتی و هزینه های احتمالی، ضروری است.
تشکیل وارنیش در سیستمهای روغن نتیجه مجموعهای از فرایندهای شیمیایی و فیزیکی است که عمدتاً به تخریب تدریجی روغنپایه و افزودنیها بر اثر شرایط سخت عملیاتی مربوط میشود. یکی از عوامل کلیدی، اکسیداسیون روغن است که در اثر واکنش با اکسیژن، بهویژه در دماهای بالا و در حضور فلزات کاتالیزور مانند آهن و مس، رخ میدهد و منجر به تولید ترکیبات ناپایدار و چسبنده میشود. از سوی دیگر، پدیده میکرودیزلینگ که به دلیل انفجار ریز حبابهای هوا در فشارهای بالا شکل میگیرد،
در ادامه، برخی از این فرایندهای تولید وارنیش با جزئیات بیشتری شرح داده شدهاند تا درک بهتری از مکانیسمهای تخریب روغن و عوامل مؤثر بر رسوبگذاری در سیستمهای صنعتی حاصل شود. این فرایندها شامل واکنشهای شیمیایی نظیر اکسیداسیون، پدیدههای فیزیکی مانند میکرودیزلینگ، و همچنین شرایط عملیاتی خاص نظیر دماهای بالا، نواحی کم جریان و حضور آلایندهها هستند که هر یک نقش ویژهای در تسریع تشکیل رسوبات چسبنده و مخرب ایفا میکنند. شکل ۳ برخی از علل عمده ایجاد وارنیش در سیستمهای روغن را نشان میدهد.
وارنیش در درجه اول در نتیجه تخریب روغن ناشی از اکسیداسیون است. اکسیداسیون یکی از اصلیترین عوامل تخریب روغن است که از واکنش اکسیژن در روغن با هیدروکربنهای روغنپایه که عمدتاً در شرایط دمایی بالا ناشی میشود. این فرایند منجر به تولید رادیکالهای آزاد میشود که در ادامه با یکدیگر ترکیب شده و پراکسیدها و محصولات جانبی ناپایدار دیگری ایجاد میکنند. با کاهش اثرگذاری آنتیاکسیدانها در روغن، این ترکیبات بهمرور زمان به ذرات نامحلول تبدیل شده و بستر مناسبی برای شکلگیری وارنیش ایجاد میکنند. در واقع نقش یک آنتیاکسیدان محافظت از روغنپایه با ازبینبردن رادیکالها یا تجزیه هیدروپراکسیدها به محصولات پایدار است؛ بنابراین کاهش افزودنیهای آنتیاکسیدانی میتواند باعث ایجاد لوارنیش نامحلول شود. از عواملی که منجر به تسریع فرایند اکسیداسیون روغن میشود دمای بالای روغن حین کارکرد در شرایط عملیاتی، حضور فلزاتی از جمله آهن، مس و… که ممکن است حاصل از سایش سطوح باشند بهصورت کاتالیزور برای این فرایند عمل کنند و آن را تسریع ببخشند. همچنین وجود آب و رطوبت در سیستم نیز از عوامل مؤثر است. در واقع افزایش محتوای رطوبت نهتنها سرعت اکسیداسیون را بالا میبرد بلکه میتواند سبب تجزیه روغن و افزایش احتمال تشکیل رسوبات وارنیش شود.
پدیده میکرو دیزلینگ زمانی رخ میدهد که حبابهای هوا در روغن محبوس میشوند، این حبابها تحتفشار قرار میگیرند شده و در نهایت منجر به انفجار و سوختن روغن میشوند و معمولاً میتوانند دمایی در حدود ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد بهصورت موضعی ایجاد کنند. این دما برای تجزیه سریع مولکولهای روغن کافی است و باعث تولید ذرات بسیار ریز میشود که در نهایت بهعنوان وارنیش روی سطوح مختلف رسوب میکنند. میکرودیزلینگ عمدتاً در بخشهایی از سیستمهای روانکاری مانند پمپها و یاتاقانها رخ میدهد، جایی که تغییرات فشار ناگهانی و شرایط عملیاتی سخت وجود دارد. رسوبات حاصل از این پدیده معمولاً به رنگ قهوهای تیره بوده و بهصورت لایههای چسبنده روی سطوح فلزی، فیلترها و سوپاپها تهنشین میشوند. این رسوبات میتوانند منجر به مشکلاتی نظیر گیرکردن سوپاپها، کاهش راندمان تبادل حرارت و افزایش دمای کلی سیستم شوند. برای پیشگیری از پدیده میکرودیزلینگ، کنترل ورود هوا به سیستم، استفاده از روغنهای باکیفیت، و طراحی بهینه مسیرهای جریان روغن از اهمیت بالایی برخوردار است. همچنین، پایش منظم کیفیت روغن و استفاده از فیلترهای مناسب میتواند در کاهش اثرات این پدیده مؤثر باشد.
ذرات فلزی و جامد که عمدتاً این ذرات از طریق فرسایش، خوردگی یا خستگی تجهیزات به وجود میآیند. آلودگی ذرات جامد نقش مهمی در تشکیل و گسترش وارنیش در سیستمهای روانکاری ایفا میکند. این ذرات که شامل ذرات فلزی، گردوغبار، محصولات سایش و سایر ذرات ریز هستند، با فراهمکردن سطح واکنشپذیر، فرایند اکسیداسیون روغن را تسریع کرده و پیشسازهای وارنیش را تولید میکنند. آنها بهعنوان هستهای برای تجمع این پیشسازها عمل کرده و موجب تشکیل رسوبات چسبنده روی سطوح فلزی میشوند. همچنین، ذرات جامد با جذب سایر ترکیبات قطبی مانند لاکها و رزینها، رسوباتی پیچیدهتر و پایدارتر ایجاد میکنند. ذرات گیر افتاده در وارنیش باعث سایش ثانویه شده و با آزادسازی فلزات بیشتر، چرخه تخریب روغن را تشدید میکنند. از سوی دیگر، این ذرات میتوانند با کاهش عملکرد فیلترها و افزایش بار آلودگی در روغن، ظرفیت جذب آلودگی را کاهش داده و شرایط لازم برای تشکیل وارنیش در نقاط حساس سیستم مانند یاتاقانها، پمپها و شیرها را فراهم آورند و با تسریع فرایند اکسیداسیون، منجر به تولید محصولات تخریبی نامحلول و در نهایت شکلگیری وارنیش میشوند.
جرقههای الکترواستاتیکی ایجادشده در فیلتر روغن یکی از عوامل اصلی ایجاد نقاط داغ (Hotspots) هستند که به تجزیه حرارتی روغن منجر میشوند. بررسیها نشان دادهاند که آثار آسیب ناشی از جرقه، سوختگی روغن در داخل فیلتر، و نیز تجمع وارنیش روی سطوح خارجی فیلتر کاملاً مشهود است. هنگام عبور سریع روغن بهویژه روغنهایی با رسایی کم یا از میان مدیای فیلتری باخاصیت نارسانا (مثل فایبرگلاس یا پلیپروپیلن)، پدیدهای به نام تریبوالکتریک (Triboelectric) رخ میدهد. اثر تریبوالکتریک زمانی رخ میدهد که دو ماده مختلف با یکدیگر تماس و سپس جدا شوند (مانند سایش سطوح فلزی در یک روانکار). در این فرایند، الکترونها از یک سطح به سطح دیگر منتقل شده و منجر به ایجاد بار الکتریکی ساکن (electrostatic charge) میشوند. این بار روی مدیای فیلتر یا در حجم روغن انباشته میشود و اگر راهی برای تخلیه ایمن وجود نداشته باشد، به سطوح رسانای فلزی منتقل میشود و پتانسیل بالا ایجاد میکند؛ بنابراین در سیستمهای روانکاری، بهویژه در فیلترهای روغن، اختلافپتانسیل الکتریکی بین سطوح فلزی و روغن میتواند منجر به تولید جرقه شود هنگامی که اختلافپتانسیل زیاد شود و فاصله بین دو سطح رسانا کم باشد، تخلیه ناگهانی رخ میدهد. این تخلیه الکتریکی بهصورت جرقه ممکن است دمایی بالغ بر ۲۰,۰۰۰ درجه سانتیگراد ایجاد کنند که میتواند روغن را بسوزاند و کیفیت آن را کاهش دهد، و حتی در برخی اوقات باعث ایجاد سوراخهایی در فیلتر و آسیب به اجزای سیستم میشود و قطعات آسیبدیده نمیتوانند کار خود را انجام دهند. همچنین این پدیده باعث شکست مولکولهای روغن و تولید رادیکالهای آزاد میشوند. این رادیکالها بهسرعت بههمپیوسته و ذرات وارنیش را تشکیل میدهند.
ناسازگاری شیمیایی یکی از عوامل کمتر شناختهشده اما بسیار مؤثر در تشکیل وارنیش در سیستمهای روانکاری و هیدرولیکی است. زمانی که روانکارها، روغنهای پایه یا بستههای افزودنی مختلف (بهویژه از تولیدکنندگان مختلف) بدون بررسی سازگاری با یکدیگر مخلوط میشوند، ممکن است واکنشهای ناخواستهای رخ دهد. این واکنشها میتوانند منجر به ناپایداری افزودنیها، رسوب یا تخریب زودهنگام آنها، تولید محصولات جانبی نامحلول و در نهایت افزایش تمایل به تشکیل رسوبات شوند. در چنین شرایطی، نرخ اکسیداسیون نیز افزایش مییابد و احتمال تشکیل وارنیش در نواحی با دمای بالا یا جریان کم بیشتر میشود. این مشکل معمولاً در هنگام اضافهکردن روغن، تعویض قطعات، یا شستوشوی سیستم بدون تعویض کامل روغن رخ میدهد. حتی روغنهایی که در شرایط عادی پایدار هستند، در صورت آلودگی یا ترکیب با سیال ناسازگار، میتوانند عامل ایجاد وارنیش شوند. استفاده از روانکنندههای ناسازگار یا افزودنیهای نامناسب میتواند منجر به واکنشهای شیمیایی ناخواسته شود. برای مثال، ترکیب روغنهای گروه I و II بدون آزمایش سازگاری، ممکن است باعث جداسازی مواد افزودنی و تولید رسوبات نامحلول شود که در نهایت به شکلگیری وارنیش منجر میشوند.
اشعه فرابنفش (UV) یکی دیگر از دلایل تشکیل وارنیش است. اگرچه بیشتر روغنهای روانکننده برای تخریب در معرض اشعه ماورایبنفش (نور خورشید) قرار نمیگیرند، نور ماورایبنفش میتواند روغنهای جدید ذخیره شده در خارج در مخازن نفت مانند پلی توتها را تجزیه کند؛ بنابراین UV باعث تخریب سریع روغن میشود و به تشکیل وارنیش کمک میکند اگر روغنها بهدرستی ذخیره نشوند و در معرض نور خورشید یا اشعههای فرابنفش قرار بگیرند، ترکیبات موجود در آنها دچار تجزیه میشوند. این فرایند بهویژه در مخازن ذخیرهسازی روباز یا شفاف دیده میشود و میتواند منجر به تخریب سریعتر روغن و افزایش احتمال تشکیل وارنیش شود.
رطوبت یا آب موجود در سیستم روغنکاری یکی از عوامل پنهان اما بسیار مؤثر در تشکیل وارنیش محسوب میشود. آب با تسریع واکنشهای اکسیداسیون، کاهش اثربخشی افزودنیهای آنتیاکسیدان، و ایجاد امولسیون، شرایط مناسبی برای تولید رادیکالهای آزاد و محصولات اکسیدشده فراهم میکند که نهایتاً به تشکیل و تجمع وارنیش منجر میشوند. همچنین، در دماهای بالا یا در حضور تخلیههای الکترواستاتیکی، آب میتواند به رادیکالهای فعال تجزیه شود و زنجیره تخریب روغن را شدت ببخشد. حتی مقادیر بسیار کمرطوبت نیز میتواند باعث خوردگی سطوح فلزی و تسریع در رسوب ترکیبات وارنیش بر روی قطعات حساس شود.
تمامی موارد بالا که عمدتاً منجر به ایجاد وارنیش در سیستمهای روغن میشوند بهصورت همزمان و ترکیبی عمل میکنند و در صورت عدم نظارت و نگهداری مناسب، این فرایند میتواند باعث کاهش راندمان تجهیزات، خرابیهای ناگهانی و افزایش هزینههای تعمیر و نگهداری شود.
دماهای بالا فرایند اکسیداسیون و تخریب شیمیایی روانکننده را تسریع میکنند. دمای بالا در روغنها و سطوح روانکاری میتواند اکسیداسیون روغن را تسریع کند. این امر ممکن است به نقاط داغ محلی مانند گرمایش بیش از حد یاتاقان یا دمای کلی بالای عملکردی نسبت داده شود. طبق قانون آرنیوس، عمر مفید روانکار برای هر افزایش ۱۰ درجه سانتیگراد در دما به نصف کاهش مییابد، به این معنا که نرخ اکسیداسیون برای هر افزایش ۱۰ درجه سانتیگرادی در دمای عملکرد دو برابر میشود. این قانون دقیق نیست، اما برای نشان دادن تأثیر دمای بالا بر نرخ اکسیداسیون روغن و به تبع آن اثر ان بر تولید وارنیش مفید است.
k = A · e^(-Ea/RT)
k: Reaction rate constant
A: Pre-exponential factor (a constant that affects the reaction rate)
Ea: Activation energy (minimum energy required for a chemical reaction)
R: Universal gas constant
T: Absolute temperature (Kelvin)
.
دستورالعملها و روشهای سریع برای شناسایی وارنیش وجود دارد برخی از روشها و نشانههایی که احتمال وجود وارنیش در سیستم را نشان میدهد که در ادامه آورده شده است:
درصورتیکه هر یک از این شاخصها در سیستم دیده شود، انجام آنالیزهای آزمایشگاهی بهشدت توصیه میشود. روشهای اندازهگیری مختلفی برای پتانسیل وارنیش وجود دارد که در ادامه برخی از این روشها معرفی شدهاند.
آزمایش پتانسیل رنگسنجی غشایی (MPC) (ASTM D7843) یک آزمایش تحلیلی ضروری برای تعیین تمایل به روانکننده برای تشکیل رسوبات وارنیش است. تست MPC تأیید شده توسط ASTM ساده است و میتواند بهعنوان بخشی از برنامه آنالیز روانکننده انجام شود. همچنین میتوان آن را در محل با استفاده از روش تست اصلاح شده برای ارزیابی سریع پتانسیل انجام داد. آزمایش MPC ماهانه برای تمام تأسیسات توربین حیاتی توصیه میشود. نحوه انجام آزمون به این صورت است که نمونه روغن از یک فیلتر با اندازه منافذ مشخص (معمولاً ۰.۴۵ میکرون) عبور داده میشود و در این حالت شدت تغییر رنگ غشا بهعنوان شاخصی از میزان تجمع وارنیش در نظر گرفته میشود. این آزمون برای تشخیص اولیه آلودگیها و پایش وضعیت روغن گزینه مناسبی است. ین روش برای ارزیابی پتانسیل تشکیل وارنیش در روغنها استفاده میشود. در MPC، نمونه روغن از یک غشای بسیار ریز عبور داده میشود و ذرات معلق روی غشا جمع میشوند. سپس رنگ غشا بهصورت چشمی یا با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر اندازهگیری میشود تا مقدار و شدت آلودگیهای وارنیش ساز مشخص شود.
طیفسنجی مادونقرمز تبدیل فوریه (FTIR) برای شناسایی تغییرات شیمیایی در روغن، از جمله محصولات اکسیداسیون، مناسب است. با بررسی طیف جذب نور مادونقرمز، میتوان حضور ترکیباتی مانند کربونیلها، هیدروپراکسیدها و اسیدهای آلی را که از پیشسازهای وارنیش هستند، تشخیص داد. تحلیل FTIR ابزار قدرتمندی برای شناسایی تغییرات مولکولی در روانکارها هنگام تخریب آنها است. تشکیل وارنیش به طور نزدیکی با فرایند اکسیداسیون مرتبط است؛ با افزایش اکسیداسیون، محصولات جانبی مشخصی مانند پیوندهای دوگانه کربن – اکسیژن (گروههای کربونیل) تولید میشوند. با پیشرفت اکسیداسیون، شدت قلههای جذب در طیف نیز افزایش مییابد. همچنین، مهارکنندههای فنولی که بهعنوان آنتیاکسیدان در روغن به کار میروند، تغییراتی در قلههای مشاهده شده نشان میدهند.
روش اولترا سانتریفیوژ یکی از روشهای ارزیابی پتانسیل تشکیل وارنیش در روغنهاست که بر پایه رسوبسنجی بدون استفاده از حلال انجام میشود.
در این روش روغن تحت نیروی گریزازمرکز قرار میگیرد تحت زمان مشخص و سرعت مشخص که این نیروی گریزازمرکز بسیار زیاد باعث میشود تمام ناخالصیهای سنگین، لجن و پیشسازهای وارنیش رسوب کنند. در پایان آزمایش، رسوبات تهنشینشونده از نظر ظاهری با یک مقیاس دیداری ۸ مرحلهای که در ابتدا توسط شرکت Mobil توسعه داده شده مقایسه میشوند.
این روش باوجود سادگی، ابزار قدرتمندی برای پایش پیشگیرانه سلامت روغن در سیستمهای حساس صنعتی به شمار میرود.
آنتیاکسیدانهایی مانند فنولیکهای مانعشدن و آمینهای آروماتیک به روغنها اضافه میشوند تا اکسیداسیون روانکننده را کاهش دهند. سطح این افزودنیها برای تعیین عمر مفید باقیمانده روانکننده باید در طول فرایند کنترل شود. آزمایش ارزیابی عمر مفید باقیمانده (RULER) غلظت آنتیاکسیدان باقیمانده در روانکننده را کنترل میکند. با کنترل سطح آنتیاکسیدان، فرایند اکسیداسیون روغن را میتوان بهتر پیشبینی کرد. این روشها بهصورت مکمل استفاده میشوند و میتوانند تصویر دقیقی از وضعیت سلامت روغن و خطرات احتمالی ناشی از تشکیل وارنیش ارائه دهند. در ادامه نمونهای از نتایج آزمون ارزیابی میزان اکسیدانها آورده شده است.
در واقع روشهایی همچون FTIR و سانتریفیوژ و MPC روشهایی هستند که عمدتاً برای آنالیز میزان تخریب روغن استفاده میشوند درحالیکه این روش میتواند بهصورت یکی از روشهای پیشگیری از تولید پیشسازهای وارنیش در نظر گرفته شود.
روشهای حذف وارنیش به دو گروه اصلی تقسیم میشوند. روشهای مکانیکی و فیزیکی که برای حذف ذرات معلق و ناپایدار وارنیش طراحی شدهاند، مانند فیلتراسیون عمقی و الکترواستاتیک، و هم چنین روشهای شیمیایی و جذبی که با جذب پیشسازهای محلول لاک قبل از رسوبگذاری، عملکرد مؤثرتری در جلوگیری از تشکیل وارنیش دارند. این دسته شامل رزینهای تبادل یونی، فیبرهای اصلاحشده و افزودنیهایی شیمیایی هستند و در واقع ترکیب این روشها میتواند راهکاری جامع برای مدیریت آلودگی وارنیش در سیستمهای روانکاری ارائه دهد. در ادامه برخی از مهمترین روشها بهمنظور مدیریت حذف وارنیش شرح داده شده است.
یک از روشهای کنترل و حذف وارنیش استفاده از سیستمهای فیلتراسیون مناسب است. در واقع با قراردادن فیلترها در سیکل روانکاری و یا سیستمهای هیدرولیک میتواند به حذف وارنیش کمک کرد. فیلترها معمولاً به دو صورت عمقی و سطحی هستند باتوجهبه اینکه فیلترهای عمقی قادر به حذف حجم بالاتری از آلاینده هستند عمدتاً برای حذف وارنیش از این مدل فیلترها استفاده میشود. دراینرابطه باید در نظر داشت که فیلتراسیون عمقی معمولاً محصولات تخریب شده نامحلول را حذف میکند؛ اما نه محلول. ازاینرو، فیلتراسیون عمقی زمانی که بهتنهایی مورد استفاده قرار میگیرد بسیار مؤثر نیست و باید با فناوری حذف دیگری ترکیب شود تا از عملکرد خوب اطمینان حاصل شود. از جمله فیلترهای که در حال حاضر برای حذف وارنیش به کار گرفته میشوند میتوان به فیلترهای با بستر سلولزی عمقی اشاره نمود. الیاف سلولزی به دلیل سطح ویژه بالا و ماهیت شیمیایی قطبی خود، قادرند بهخوبی ترکیبات آلی اکسیدشده نظیر وارنیش را جذب کنند.
این تجهیزات وارنیش را از طریق مکانیسم الکترواستاتیک حذف میکنند. فیلترهای الکترواستاتیک قادر به حذف محصولات جانبی نامحلول ناشی از اکسیداسیون و گرما (وارنیش) و همچنین ذرات سخت زیر میکرون هستند که فیلترهای مکانیکی معمولی قادر به حذف آنها نیستند. باتوجهبه اینکه وارنیش به طور طبیعی قطبی است. یک میدان الکترواستاتیک بدون جریان ولتاژ بالا در سراسر الکترود حفظ میشود. هنگامی که وارنیش و ذرات سخت ایجاد شده از یک میدان الکتریکی عبور میکنند پس از القای بار به آنها، هر کدام به سمت الکترودهای منفی یا مثبت با بار مخالف خود جذب میشوند، بنابراین این روش میتواند وارنیش را روی سطوح مدارهای روغن در گردش حل کند و تعادل بین وارنیش و پیشسازهای آن را دوباره برقرار کند.
علاوه بر این، این روش محصولات تخریب را فقط در حالت سوسپانسیونی حذف میکند و امکان حذف ذرات سخت را ندارند؛ بنابراین اگر در ترکیب با تکنیک دیگری استفاده شود، میتوان کارایی را افزایش داد. یک از معایب این تجهیزات حساسبودن به آب و آلایندههای رسانا است. زیرا در حضور آب میدان الکترواستاتیکی را مختل کرده و موجب عبور جریان میشود. همچنین یکی از عوامل مؤثر در عملکرد این تجهیزات عدم وجود مواد شوینده یا پخشکننده در روغن است که آلایندهها را در حالت معلق نگه دارند و مانع به از دام افتادن این آلایندهها میشوند. از مزایای این تجهیزات حذف موثر تمام آلایندههای معلق تا ۰.۰۱ میکرون است و در حذف محصولات تخریب غیرآلی و نامحلول مناسب هستند.
فیلتراسیون الکترواستاتیکی خارج از خط (Off-line) به طور فزایندهای در حال محبوب شدن است، زیرا تجربه و دانش در مورد این فناوری در حال گسترش است. درگذشته، این سیستمها بهعنوان یک سرمایهگذاری پرهزینه تلقی میشدند، اما اکنون با توجه به کارایی و عملکرد مناسب، از نظر اقتصادی نیز قابلقبولتر شدهاند.
اگرچه این سیستمها نمیتوانند جایگزین فیلترهای مکانیکی درونخطی (In-line) با فشار بالا شوند، اما در کنار فیلترهای سنتی عملکرد بسیار مؤثری دارند و به کاهش تجمع ذرات سخت، نرم، لجن و وارنیش کمک میکنند. این امر بهویژه در سیستمهای هیدرولیک فشار بالا و دیگر سیستمهای گردش روغن که تحت استرسهای دمایی و فشاری قرار دارند، بسیار مفید است. به دلیل ماهیت فرایندهای درون سلول الکترواستاتیکی، نرخ جریان این سیستمها نسبتاً پایین است.
این روش برای حذف وارنیش، شبیه تمیزکردن روغن به روش الکترواستاتیکی است که در آن ذرات با نیروهای الکترواستاتیک شارژ میشوند و سپس اجازه داده میشود تا آگلومره شوند. بر خلاف تمیزکردن روغن الکترواستاتیک، انباشتگی زمانی رخ میدهد که روغن به سیستم روانکاری بازگردد؛ بنابراین ذرات زیر میکرون به ذرات با اندازه چند میکرون تجمع مییابند که میتوانند بهصورت مکانیکی فیلتر شوند. هنگامی که ذرات باردار در پاییندست دوباره ترکیب میشوند، ذرات بزرگتری را تشکیل میدهند طور دقیق، این فرایند شامل تقسیم سیال به دو جریان است و ذرات در جریانهای جداگانه بهصورت مثبت یا منفی باردار میشوند، همانطور که در شکل ۸ نشان داده شده است. هنگامی که ذرات باردار در پایین دست ترکیب میشوند، ذرات طبیعی و بزرگتری را تشکیل میدهند که میتوانند توسط روشهای مکانیکی معمولی مانند فیلتر عمقی حذف شوند.
یکی از پیشرفتهترین و مؤثرترین فناوریهای حذف وارنیش از سیستمهای روانکاری صنعتی، استفاده از رزینهای تبادل یونی با سازوکار پیوند باریونی (ICB) است. برخلاف روشهای سنتی فیلتراسیون که عمدتاً بر حذف ذرات جامد معلق متکی هستند، این فناوری بر جذب شیمیایی ترکیبات محلول و شبه نامحلول تمرکز دارد و قادر است آلایندههای را پیش از آنکه به فاز جامد و رسوب تبدیل شوند، از روغن جدا کند. رزینهای مورد استفاده در این روش دارای ساختار متخلخل و حجم سطحی بسیار بالا هستند و میلیاردها سایت فعال با بارهای الکتریکی مشخص (مثبت یا منفی) را در اختیار دارند. از سوی دیگر، مولکولهای قطبی حاصل از اکسیداسیون و تخریب روغن مانند آلدئیدها، کتونها، اسیدهای چرب، و ترکیبات آلی اکسیدشده معمولاً دارای بار الکتریکی یا خاصیت دوقطبی هستند. وقتی روغن آلوده از روی این بستر رزینی عبور میکند، مولکولهای هدف از طریق برهمکنشهای الکترواستاتیکی و پیوندهای یونی به سطح رزین جذب میشوند.
یکی از مزایای کلیدی فناوری ICB، عملکرد پایدار آن در شرایط عملیاتی مختلف از جمله دماهای بالا و فشارهای متغیر است. علاوه بر این، برخلاف برخی افزودنیهای شیمیایی، این روش به ترکیبات مفید روغن مانند آنتیاکسیدانها آسیبی وارد نمیکند. نتیجه این عملکرد، افزایش عمر مفید روغن و کاهش نیاز به تعویض آن، همچنین کاهش سایش و خرابی قطعات حساس در تجهیزات صنعتی است. استفاده از این فناوری در صنایع حیاتی نظیر توربینهای گاز و بخار، کمپرسورها، سیستمهای هیدرولیک و واحدهای روغنکاری دقیق به دلیل حساسیت بالا نسبت به آلودگیهای محلول، میتواند مفید واقع شود. حتی مقادیر اندک وارنیش در این تجهیزات میتواند منجر به افزایش دمای غیرمجاز، کاهش راندمان یا بروز اختلالات مکانیکی جدی شود.
محلولهای شستشوی وارنی دستهای از مواد شیمیایی تخصصی هستند که میتوانند برای حذف و کاهش رسوبات وارنیش در سیستمهای روغنکاری مورد استفاده قرار گیرند. این محلولها معمولاً حاوی مواد فعالکننده حلالیت و پاککنندههای محلول در روغن هستند که باهدف حلکردن و نرم کردن رسوبات کربنی و غیرقطبی تشکیل شده از وارنیش، آنها را بهصورت محلول یا ذرات بسیار ریز در روغن در میآورند تا بتوانند بهآسانی توسط فیلترها یا سیستمهای جداسازی دیگر حذف شوند. این محلولها معمولاً بهصورت افزودنی به روغن سیستم تزریق میشوند و با افزایش قابلیت حلالیت و کاهش ویسکوزیته موضعی رسوبات، از تجمع بیشتر آنها جلوگیری میکنند.
از نظر مکانیزم، این محلولها ممکن است شامل ترکیبات شیمیایی باشند که از طریق برهمکنشهای الکترواستاتیکی، پیوند هیدروژنی یا واکنشهای شیمیایی با مولکولهای وارنیش، رسوبات را تجزیه یا در محلول روغن تثبیت میکنند. بهعنوانمثال، برخی محلولها قادرند رسوبات را نرم کرده و رسوبات معدنی (مانند آلدهیدها و کتونها) که به آنها چسبیدهاند را آزاد کنند تا بتوانند به شکل محلول یا ذرات معلق در روغن باقی بمانند و در نهایت توسط فیلترهای مناسب جدا شوند.
روش شیمیایی نسبت به پاکسازی مکانیکی یا تعویض کامل روغن، اقتصادیتر و کارآمدتر است و بهویژه در سیستمهایی که نیاز به توقف طولانیمدت ندارند و یا تعویض روغن به دلیل هزینه یا شرایط عملیاتی مشکل است، کاربرد فراوان دارد. بااینحال، استفاده از محلولهای شستشو باید بادقت و مطابق دستورالعملهای فنی انجام شود تا از ایجاد رسوبات معلق خطرناک یا آسیب به سیستم جلوگیری شود. البته در برخی موارد این فرایند میتواند یک فرایند پرهزینه و زمان بر باشد، زیرا بسته به سیستم میتواند چندین ساعت یا چند روز طول بکشد.
سیستمهای پیشرفته معمولاً بهصورت ترکیبی طراحی میشوند تا از مزایای هر دو روش حذف وارنیش بهصورت مکانیکی یا شیمیایی و جذب بهرهمند شوند. این سیستمها نهتنها ذرات فیزیکی و نامحلول را حذف میکنند، بلکه آلایندههای محلول و قطبی را نیز به دام میاندازند. در شکل ۹ نمونه از یک سیستم حذف وارنیش اورده شده است.
این سیستم شامل دو روش حذف وارنیش از جمله از یک فیلتر سلولزی تشکیل شده است که سطح تماس بالایی با روغن ایجاد میکند، و دیگری بستر رزینهای تبادل یونی که با فرمولاسیون خاص قرار گرفتهاند که میل ترکیبی بالایی نسبت به پیشسازهای قطبی وارنیش دارند. مکانیسم جذب در این سیستم، مبتنی بر پیوندهای یونی بین مولکولهای وارنیش محلول و سایتهای فعال روی سطح رزین است. اختار متخلخل رزین باعث افزایش سطح مؤثر جذب میشود.
پیشگیری از تشکیل وارنیش در سیستمهای روانکاری صنعتی اهمیت زیادی در حفظ بهرهوری و کاهش هزینههای عملیاتی دارد. وارنیش بهعنوان یکلایه نازک اما چسبنده، میتواند مشکلات جدی در عملکرد تجهیزات ایجاد کند. ازاینرو، اتخاذ رویکردهای پیشگیرانه بهجای تمرکز صرف بر روشهای حذف، میتواند در بهبود عملکرد سیستم و کاهش هزینههای نگهداری مؤثر باشد. برخی از راهکارهایی که بهمنظور جلوگیری از تشکیل وارنیش در سیستمهای روغن به کار گرفته میشود شامل موارد ذیل است:
پایش مداوم شرایط روغن: استفاده از سیستمهای نظارتی پیشرفته مانند تحلیل منظم روغن روانکار و هیدرولیک و پایش ذرات برای تشخیص زودهنگام نشانههای تشکیل وارنیش میتواند در جلوگیری از تولید وارنیش بسیار مهم باشد. هر دو روش آفلاین تجزیهوتحلیل روغن روانکار و هیدرولیک از طریق نمونهگیری روغن و روش آنلاین یا درونخطی با استفاده از سنسورها میتواند استفاده شود.
کنترل دما: کاهش نقاط داغ و حفظ دمای عملیاتی در محدوده مطلوب برای جلوگیری از اکسیداسیون سریع روغن باید صورت بپذیرد.
بهبود فیلتراسیون: استفاده از فیلترهای باکیفیت برای حذف ذرات معلق و جلوگیری از آلودگیهای جامد که بهعنوان کاتالیزور در فرایند اکسیداسیون عمل میکنند.
کاهش ورود هوا و رطوبت: جلوگیری از ورود حبابهای هوا و آلودگیهای رطوبتی که میتوانند تشکیل وارنیش را تسریع کنند.
استفاده از روانکارهای باکیفیت: انتخاب روانکارهایی با پایداری حرارتی و مقاومت بالا در برابر اکسیداسیون که احتمال تشکیل وارنیش را کاهش میدهند.
با تمرکز بر پیشگیری بهجای حذف، صنایع میتوانند هزینههای عملیاتی خود را کاهش داده، قابلیت اطمینان سیستمهای خود را افزایش دهند و به اهداف بهرهوری و پایداری دست یابند
تشکیل وارنیش و لجن از پیامدهای مهم تخریب روانکنندهها در سیستمهای روغن است که میتواند حتی در شرایط نگهداری مناسب و با استفاده از روانکنندههای مقاوم نیز رخ دهد. این پدیده از انباشت محصولات تخریب روغن شروع میشود و زمانی که این محصولات از حد اشباع فراتر میروند، به شکل ذرات نامحلول در میآیند و روی سطوح حساس ماشینآلات رسوب میکنند. این رسوبات میتواند به دو صورت سرد یا گرم باشند و هر دو نوع، مشکلاتی از قبیل مسدودشدن فیلترهای روغن، و کاهش انتقال حرارت و کاهش راندمان روغن را به وجود آورند که در نهایت منجر به خرابی تجهیزات و سیستمهای کنترلی میشود؛ بنابراین باتوجهبه موارد فوق استفاده از روشهای پیشگیری از ایجاد و حذف وارنیش باید مدنظر صنایع باشد.
[۱] Dufresne, P., Matthew G. Hobbs, and Glen MacInnis. “Lubricant varnishing and mitigation strategies.” Combined Cycle Journal, Fourth Quarter ۳۴ (۲۰۱۳).
[۲] ExxonMobil. (n.d.). “Laboratory tests for steam and gas turbine oils”. (۲۰۱۶)
[۳] https://www.machinerylubrication
[۴] https://www.fluitec.com/do-varnish-removal-technologies-work/
نویسنده: فروغ خلیلی
ذخیره پست 
